对于汽车工程师而言，相比对Pyrofuse这个名字并不陌生。自从汽车界的“网红”特斯拉在低压系统引入eFuse、在高压系统率先应用Pyrofuse之后，汽车行业就迎来了一场变革，国内外的主流车企纷纷跟进。
据赛诺克信息显示，高压电池保护方面，特斯拉Cybertruck、保时捷Taycan、蔚来乐道采用Pyrofuse实现高压安全保护，小鹏和比亚迪方程豹与仰望采用无源智能熔断器方案保障800V高压平台安全；低压电池保护方面，奔驰采用Pyrofuse实现低压锂电池安全保护；电驱系统交流侧方面，特斯拉、比亚迪等车企在电驱系统的交流侧采用Pyrofuse方案，以防止在车辆行驶过程中电驱IGBT失效。而在此前，汽车开发圈资深网友也在小米SU7中拆出了Pyrofuse。
那么，究竟什么是 Pyrofuse？我们来详细解析一下它的工作原理和重要性。
为什么要用Pyrofuse
Pyrofuse也称为Pyroswitch或者Pyrotechnical safety switches（PSS），中文名有很多，包括爆管保险丝、烟火保险丝、烟火安全开关、爆炸熔丝瞬时断路器或高温保险丝。它是专为高压应用而设计的尖端安全设备，特别是在电动汽车（EV）电池管理系统（BMS）中。
Pyrofuse和其他保险丝最大的不一样就在于“快”上，能够在毫秒内切断高压电源。在发生碰撞、短路、过流或其他灾难性高压故障或严重事故时，Pyrofuse就是汽车的最终安全屏障，显著降低人身伤害和车辆热失控等重大风险。
事实上，在发生碰撞的情况下，由于损坏的电缆导致的电池短路可能会产生火花，进而引发危险的点火或热源甚至是火灾。因此，使用将电气系统与电池断开连接是非常重要的。所以，Pyrofuse越来越备受重视，同时也开始进入汽车以外的机器人、先进制造、智能电网等场景。
相比被动的传统保险丝，Pyrofuse是一种主动触发的装置，凭借软件触发和智能判断，能够动态决定是否触发保护，从而有效解决了工作电流与保护电流之间的矛盾，实现了“该断则断、不该断则不断”的精准控制。它通常设计有较为厚实的母线排（Busbar），具备很强的过电流能力，能够承受急加速等工况带来的反复冲击。由于其非热熔式工作机制，Pyrofuse不受冲击电流累积损伤，因此具有更长久的使用寿命。
当然，需要明确的是，Pyrofuse与传统熔断器一样，都属于一次性器件，一旦因触发而爆破断开，即失效不可恢复，必须更换新的部件才能恢复电路连接与保护功能。所以在车辆中，eFuse和Pyrofuse各有分工：
- eFuse是一种可复位的、基于半导体技术或专用控制芯片的电路保护装置，本质上是一个智能开关，常用于低压或中等电流电路，在车辆中可能用于辅助电路或特定高压控制单元的二次保护；
- Pyrofuse是一种一次性的、爆破式的固态保护装置。它的主要分工是作为整个高压系统的终极、安全冗余开关，在发生严重、灾难性故障时，确保电源被快速、彻底地切断。
Pyrofuse在车上怎么用
Pyrofuse其实不是什么新技术，它的技术思路来自于汽车的安全气囊系统，早在19世纪末和20世纪50年代类似的爆破制动、爆破螺栓就被用在了铁路、航空系统。
Pyrofuse的工作机制就跟它的名字一样，像一枚电子控制的“引信”。当系统判断需要紧急断开时，会向它发送信号，通过点火电流，使烟火式熔断器工作，瞬间触发发内部火药爆炸，产生高压气体，利用这股力量物理性地将开关或连接器顶开，从而在极短时间内彻底切断高压电路。
典型结构包括：
- 点火器：通常是接收控制信号的桥线或点火电阻；
- 气体发生器/炸药：释放能量以驱动机械保险丝断开；
- 金属熔断器：在产生的冲击波或高温下破裂或熔化；
- 绝缘/消弧结构：防止电弧再次引发并确保电路完全隔离。
Pyrofuse不同技术路线的产品主要体现在灭弧方式上，当前主流的灭弧方案包括三种：
- 石英砂灭弧：利用熔体引流电流并填充高热容的石英砂介质，通过冷却电弧和狭缝吸附作用实现灭弧，是目前应用最广泛、最可靠的方案；
- 金属丝网灭弧：利用金属丝网材料在燃烧过程中有效吸收和耗散电弧能量；
- 金属栅片灭弧：通过金属栅片将电弧物理分割成多个串联小电弧，利用近阴极效应和介质强度叠加原理来熄灭电弧。
Pyrofuse的优势包括：实现载流和I2t 解耦，解决传统熔断器电流规格越大、保护响应速度越慢的矛盾；抗冲击能力大幅提升，温升功耗显著降低；保护速度快，熔断 I2t 大幅降低，适配半导体保护及低 I2t 保护场景；分断范围覆盖从零电流到最大分断能力，是更优的系统保护方案；可接收系统提供的外触发保护信号，让系统设计更灵活；能实现零电流保护功能，满足特殊场景的保护需求。
Pyrofuse概念首次被引入电动汽车领域，源于宝马汽车对Safety Battery Terminal（安全电池端子）的探索，旨在碰撞时第一时间切断电源，避免电气短路引发起火。然而，Pyrofuse真正开启电动汽车应用新纪元是在2020年特斯拉Model 3上应用了其自主研发的第一代产品。
在EV早期设计中，电池接线盒通常采用根据过电流热条件预设触发的熔断保险丝，集成了熔断器断开功能，可保护电池组免受过大电流、永久性损坏或热失控的影响。
然而，随着HEV/EV系统向更高功率发展，现在新能源汽车行业普遍采用“Pyrofuse+fuse”的双重保护架构，形成主动+被动的架构。同时，也分为有源智能熔断器和无源智能熔断器两种，差异在于是否需要外部电源。
Pyrofuse长什么样？
那么Pyrofuse到底长什么样，在汽车上怎么安装？首先看看Pyrofuse的最大“带货人”，特斯拉。特斯拉之所以能大胆采用Pyrofuse作为高压系统的终极安全保障，是因为其圆柱电池模组内部构建了强大的多重熔丝冗余保护体系：
- 第一层保护（被动）：特斯拉圆柱电池模组内部的细线连接（连接电芯的细小导线）充当了电芯/模组层面的第一道被动熔丝。在过流或短路发生时，如果主动控制失效，这些细线会熔断，将故障电芯或路径切断；
- 最后防线（主动/终极）： Pyrofuse 则被定位为高压主回路的最后防线。它在发生灾难性、不可逆转的事故时启动，通过爆破方式实现对整个高压系统的彻底断开。
小米SU7的电池中也搭载了Pyrofuse，采用的型号是西安中熔的SFH-400-B。此前，汽车开发圈也发过相关的拆解文章。《拆解小米SU7电池里的400A国产继电器和Pyrofuse爆炸保险丝》
保时捷911也搭载了Pyrofuse，它的设计相对简单，相比之下特斯拉的设计就非常复杂了。
Pyrofuse驱动从气囊到专用
对于Pyrofuse来说，速度比什么都重要，所以驱动方案至关重要。
不过，毕竟Pyrofuse思路是借鉴的安全气囊，所以很多方案都沿用的了老式的安全气囊爆管驱动器，或者是分立元件电路。而现在，为了达到极速反应时间并满足ISO 26262功能安全标准的严格要求，驱动电路的设计变得日益复杂，厂商也开始推出专用的爆管驱动器。
相比安全气囊改用的方案，专用芯片能让Pyrofuse反应时间更快，从而更能保障安全，相信未来会成为大趋势。
TI在近期就推出了一款专为汽车电动汽车烟火式熔断器应用设计的爆管驱动器DRV3901-Q1。它集成了驱动点火器负载所需的电源、电流检测与调节以及诊断和保护功能。该器件还融入了多项区别于传统点火器驱动器的特有关键功能，包括硬件引脚触发接口、储能电容诊断、可寻址SPI、带集成电荷泵的优化驱动级以及更多触发电流选项。
DRV3901-Q1通过直接的2引脚硬件接口来绕过串行外设接口（SPI），从而加速部署过程。此外，DRV3901-Q1还能与电压、电流和电阻（UIR）传感器（如BQ79731-Q1）配合使用。这些UIR传感器可以通过硬件引脚直接与DRV3901-Q1驱动器通信，消除了对主微控制器（MCU）的依赖，进一步提高了响应速度。
DRV3901-Q1集成了全面的诊断功能，可监控驱动器状态、熔丝健康状况以及备用电源的可用性。它通过定期检测备用电容器的放电电压，确保在主电池电源失效时，仍能有可靠的电源供应来触发熔丝，并及时向车辆发出故障警告。同时，防止意外部署同样至关重要。DRV3901-Q1集成了多项安全诊断功能以避免误触发，包括：分离式的高/低侧驱动器、用于直接硬件触发的冗余引脚，以及在串行接口上使用的循环冗余校验（CRC）保护。
此外，TI还针对Pyrofuse展示了参考设计TIDA-020075，该设计采用DRV3901器件。
ST推出的L9965P 是一款车规级（AEC-Q100 Grade 1认证）单通道 Pyrofuse 驱动系统级芯片，设计用于在发生短路或车辆碰撞时，快速、可靠地断开高压电池回路。它完全符合 ISO 26262 标准，可用于构建 ASIL-D 等级的安全系统。
L9965P 通过其双FET输出级实现Pyrofuse的驱动，该输出级由一个高侧（HS）和一个低侧（LS）powerMOS组成。通过闭环电流反馈，芯片可以配置精确的受控点火配置文件，精确控制部署电流的大小和持续时间，以确保Pyrofuse的可靠引爆。芯片内部集成了可编程的可编程触发逻辑，允许触发信号来自SPI通信或FENH/FENL数字输入。
数字输入触发器兼容电平和PWM编码，支持16 kHz和125 kHz编码信号。该器件支持对外部电容器进行充电，以用作电池电容器或电池丢失时的能量储备（ER）。内部升压稳压器可用于控制可编程设定点附近的ER电容电压。提高输入电池电压允许使用较小的ER电容器值来存储点火所需的能量，即使在 ECU 电池丢失的情况下也是如此。
该设备旨在提供最大的安全性和性能，同时仍具有节能效果。低功耗作策略可最大限度地减少空闲功耗，使器件保持超低功耗状态，同时仍执行实现ASIL目标所需的所有诊断扫描。可以对诊断扫描的周期进行编程，以符合任何 FTTI。在这种超低功耗状态下，器件仍然对唤醒/触发源敏感，以便准备开火。
ST的另一款芯片L9680最初是为安全气囊系统设计的，是一款专为电池切断（Cut-off Battery）市场设计的先进系统芯片，但通过灵活的配置，也可完美应用于Pyrofuse驱动。
L9680的主要优势在于其高度集成化和可配置性，它集成了驱动、传感、供电及诊断等多种安全功能。具备12个独立的 HSD/LSD（高侧/低侧驱动器）通道，专用于驱动Pyrofuse；部署电压最高可达25 V，支持用户自定义电流和时间参数，在部署过程中，即使低侧短路到地，芯片也能保证部署成功；内置多个高频升/降压稳压器，用于提供系统关键节点的电源；集成了4 个PSI-5传感器接口和4个轮速传感器接口，共享接口设计使其成为通用远程安全传感器接口；集成了9个直流传感器接口（用于霍尔效应、电阻或开关传感器）。
根据ST的解析，Pyrofuse的电气特性与安全气囊点火器相似，但可能需要更大的触发电流。L9680的12个部署通道可以进行并联，以满足更高电流的触发需求（总电流可超过2A）。
博世的4通道Pyrofuse驱动器CG985被用在特斯拉的Model 3上。根据官网的介绍，CG985 为（H）EV 的电气系统提供额外的安全功能。CG985由电池管理系统控制，最多可点燃四个热火保险丝。火焰保险丝可安全地断开高压电池与车辆电气系统的连接。优势包括最多四个热释保险丝的驱动器，高侧和低侧驱动器，实现最高的系统安全性，支持诊断。
Pyrofuse愈发重要
以特斯拉、保时捷、蔚来、小鹏等主流车企为代表的实践，已经将Pyrofuse 定位为高压电池安全架构的标准配置。随着全球电动汽车产量的爆发和高压化趋势的加速，Pyrofuse 市场预计将持续保持强劲的增长势头。
Mordor Intelligence市场研究表明，2024 年火焰保险丝市场规模估计为5.4629亿美元，到2029年，全球Pyrofuse市场预计将达到9.5697亿美元，2024年至2029年复合年增长率（CAGR 为11.87%。
目前，Pyrofuse主要参与者包括Daicel Corporation、 Autoliv, Inc.、Littelfuse, Inc.、 Eaton Corporation、Mersen Group。
展望未来，Pyrofuse不仅在EV领域扮演着关键角色，其“终极安全切断”的技术理念也将辐射到机器人、智能电网等更多对高压安全有严苛要求的场景。此外，随着Pyrofuse应用增加，越来越多厂商也许都会针对性推出更多专用的驱动，让它的触发更加迅捷。
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